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0 引言

多連鑄葉片模具就是在一套模具上一次鑄出多個(gè)聯(lián)體的葉片, 相比單個(gè)葉片模具, 其結(jié)構(gòu)更復(fù)雜, 例如本課題中涉及的六連鑄葉片蠟?zāi)?/span>( 見圖 1) , 工裝部件多, 結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 型面曲率大. 從零件多次裝夾、采用不同編程軟件、采用多軸加工工藝等因素考慮, 為了保證刀具軌跡及程序的合理性和正確性, 就必須對(duì)零件的刀具軌跡或加工程序進(jìn)行驗(yàn)證, 而借助MasterCAM 及U G CAM 軟件自身的仿真功能對(duì)上述功能只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的刀具模擬.

從六連鑄葉片工裝總圖可以看出, 為了保證葉型的成型, 除了 5 組葉型活塊, 還包含盆、背模各 1件, 其三維模型如圖 2所示. 下面以盆模為例進(jìn)行虛擬仿真介紹.

盆、背模的特點(diǎn)是: 外形不規(guī)則, 內(nèi)部加工減輕槽后零件變得單薄, 型面兩側(cè)有多處倒摳處, 數(shù)控銑不能清根, 如用電極打則必須做專用夾具, 或者直接使用五座標(biāo)設(shè)備來完成.

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及仿真技術(shù)的發(fā)展, 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的虛擬加工環(huán)境及系統(tǒng), 可以全面逼真地反映現(xiàn)實(shí)加工環(huán)境和加工的過程. 利用 VERICUT 仿真軟件, 使工藝、程序等存在的問題得以提前處理,有效提高程序的可靠性, 從而提高實(shí)際制造過程中程序編制的效率, 節(jié)省機(jī)床實(shí)際空走刀仿真的成本, 降低制造成本, 縮短制造周期, 提高質(zhì)量及加工效率.

1 虛擬加工環(huán)境構(gòu)建

1 1 1 虛擬加工環(huán)境建立流程

一個(gè)工藝仿真系統(tǒng)的建立, 需要對(duì)機(jī)床環(huán)境、夾具、刀具、控制系統(tǒng)等預(yù)先定義或配置. 具體如下[ 1 ]

: ( 1) 工藝系統(tǒng)分析. 通過調(diào)研, 獲取數(shù)控機(jī)床CNC 系統(tǒng)型號(hào)和功能、機(jī)床結(jié)構(gòu)形式和尺寸、機(jī)床運(yùn)動(dòng)原理、各坐標(biāo)軸行程、機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)以及加工所用到的毛坯、刀具庫和夾具庫等, 為構(gòu)建加工環(huán)境做好

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作.

( 2) 建立用戶文件. VERICUT 軟件通過文件的形式來管理相關(guān)的機(jī)床、控制系統(tǒng)、刀具庫等用戶設(shè)置資料, 因此, 需要在VERICT 軟件中新建用戶文件, 并需要注意用戶文件的單位設(shè)置.

( 3) 構(gòu)建機(jī)床幾何模型. 采用三維CAD 軟件或者VERICU T 軟件自身CAD 功能建立機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件(主要是各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸和刀庫) 和固定部件的實(shí)體幾何模型. 如果通過外部 CAD 軟件構(gòu)建, 則需要以VERICU T 軟件可用的文件格式導(dǎo)出, 例如 ST L 格式.

( 4) 構(gòu)建機(jī)床文件. 主要是指構(gòu)建機(jī)床幾何運(yùn)動(dòng)模型, 即通過 VERICTU 的部件樹, 添加機(jī)床各部件的幾何模型, 并且需要準(zhǔn)確定位, 將結(jié)果保存為機(jī)床文件.

( 5) 選擇配置控制系統(tǒng)文件. 虛擬機(jī)床環(huán)境需要配置不同的CNC 控制系統(tǒng), 才能夠正確運(yùn)轉(zhuǎn)或加工工件, 因此需要根據(jù)搜集的機(jī)床資料選擇或配置機(jī)床所選用的CNC 系統(tǒng)文件.

( 6) 建立刀具工具庫. 根據(jù)機(jī)床選用的刀柄形式和規(guī)格、刀具種類, 構(gòu)建機(jī)床刀具工具庫, 將結(jié)果保存為刀具文件( 后綴為1 tcl) .

( 7) 設(shè)置機(jī)床參數(shù). 為了保證機(jī)床正常運(yùn)轉(zhuǎn), 還需要根據(jù)機(jī)床數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)置, 例如機(jī)床各坐標(biāo)軸的行程、換刀位置、機(jī)床初始位置、機(jī)床參考原點(diǎn)等.

( 8) 保存所有設(shè)置. 通過前面的選擇或配置, 虛擬機(jī)床環(huán)境全部設(shè)置完成, 保存所有文件.到此仿真系統(tǒng)構(gòu)建完成, 接下來就可以應(yīng)用其對(duì)工件的程序進(jìn)行仿真驗(yàn)證.

1 .2 虛擬加工環(huán)境的構(gòu)建

1 .2.1 DMC70V 德瑪吉虛擬機(jī)床環(huán)境

DMC70V 德瑪吉物理機(jī)床屬于三軸立式高速加工中心, 其主軸為X / Y/ Z, 機(jī)床的行程為 700 mm @500 mm @ 650 mm, 控制系統(tǒng)為Heidehan iTNC530, 配備的刀柄主要為H SK 高速銑刀柄. 物理機(jī)床的影像資料如圖3所示[ 2]

根據(jù)獲取的機(jī)床相關(guān)參數(shù)資料, 選擇UG CAD 作為建模工具, 對(duì)DMC70V 機(jī)床主要運(yùn)動(dòng)軸、機(jī)床臺(tái)面等進(jìn)行建模, 構(gòu)建的DMC70V 機(jī)床三維CAD 模型如圖4 所示.

根據(jù)上述虛擬加工環(huán)境構(gòu)建流程, 創(chuàng)建的配備Heidehan iTNC530 控制系統(tǒng)的 DMC70V 虛擬機(jī)床環(huán)境如圖5所示.

針對(duì)構(gòu)建完成的DMC70V 虛擬機(jī)床環(huán)境, 我們通過類似物理機(jī)床的 MDI方式對(duì)虛擬機(jī)床各運(yùn)動(dòng)主軸、刀具加載等多項(xiàng)功能進(jìn)行了功能測(cè)試, 確保虛擬機(jī)床環(huán)境正確、穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn).

1.2.2 四坐標(biāo)臥式數(shù)控銑虛擬機(jī)床環(huán)境

四坐標(biāo)機(jī)床為臥式加工中心, 采用德國(guó)SIEMENS公司的SINUMERIK 840DE 數(shù)控系統(tǒng). 測(cè)量相關(guān)的機(jī)床尺寸, 如工作臺(tái)尺寸、附件頭的尺寸規(guī)格、橫梁距離工作臺(tái)的初始高度等. 根據(jù)機(jī)床的技術(shù)資料, 在VEIRCU T 軟件模擬仿真環(huán)境下, 為機(jī)床結(jié)構(gòu)樹添加機(jī)床的各個(gè)部件及相互間的關(guān)系, 例如 X 、Y、Z、B運(yùn)動(dòng)軸, 并將U G 構(gòu)建的3D 機(jī)床造型以ST L 格式添加到各部件下, 并存儲(chǔ)機(jī)床文件.

然后為機(jī)床配置刀具庫. 建立刀具庫, 主要包括刀具、刀柄及刀片等部分的建立, 以及對(duì)刀具、刀具驅(qū)動(dòng)點(diǎn)和裝夾點(diǎn)的定義. 刀具庫的建立是一個(gè)長(zhǎng)期的工作, 并需要根據(jù)采購的刀具、刀柄等信息, 及時(shí)地更新刀具庫, 以方便調(diào)用.

通過以上工作, 最終構(gòu)建完成的四坐標(biāo)臥式虛擬機(jī)床環(huán)境如圖6 所示. 工藝編程人員可以直接應(yīng)用該虛擬機(jī)床對(duì)加工程序進(jìn)行仿真、校驗(yàn). 為了保證機(jī)床環(huán)境的正確性, 通過MDI 方式對(duì)機(jī)床進(jìn)行測(cè)試, 其測(cè)試結(jié)果如圖7 所示.

1.2.3 FPT 龍門式五坐標(biāo)虛擬機(jī)床環(huán)境

根據(jù)構(gòu)建流程, 首先測(cè)量相關(guān)的機(jī)床尺寸, 如工作臺(tái)尺寸、附件頭的尺寸規(guī)格、橫梁距離工作臺(tái)的初始高度等. 我們使用U G NX4 1 0 作為構(gòu)建機(jī)床3D 模型的CAD 構(gòu)建軟件, 進(jìn)行機(jī)床三維實(shí)體模型的構(gòu)造,其中FPT 五坐標(biāo)機(jī)床及最終完成的機(jī)床三維模型分別如圖8 和圖9 所示.

對(duì)于五軸非正交軸結(jié)構(gòu)的機(jī)床, 如何正確配置運(yùn)動(dòng)軸是一個(gè)需要注意的問題, 很多學(xué)生由于缺乏經(jīng)驗(yàn), 剛開始配置完成的機(jī)床, 其A、C 軸總不能正確運(yùn)轉(zhuǎn). 經(jīng)過對(duì)機(jī)床配置目錄樹及類似機(jī)床結(jié)構(gòu)的分析, 最終構(gòu)建完成的五坐標(biāo)龍門銑虛擬機(jī)床環(huán)境如圖9 所示.

為了保證五軸設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn), 除了使用MDI方式對(duì)FPT 五坐標(biāo)虛擬環(huán)境進(jìn)行功能測(cè)試外, 還以實(shí)例方式對(duì)機(jī)床環(huán)境進(jìn)行測(cè)試.

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